石墨烯/氧化鋅界面的熒光增強行為的機制

石墨烯和等離激元是當前凝聚态物理領域中引人關注的對象。PRL論文Plasmon-Enhanced Ultraviolet Photoluminescence from Hybrid Structures of Graphene/ZnO Films (PRL 105, 127403, 2010) 報告了石墨烯/氧化鋅界面的熒光增強行為的實驗結果和理論解釋。beat365凝聚态物理與材料物理研究所、寬禁帶半導體中心博士生楊薇同學和導師胡曉東教授就此進行了仔細和深入的研究。他們從理論上運用氧化鋅的介電函數以及石墨烯電導率的半經典模型，計算了空氣/石墨烯/氧化鋅系統表面等離激元的色散曲線，并與随機相位近似的結果相比較，指出此種模式與金屬/氧化鋅界面等離激元模式的不同：前者的相速度遠小于光速而後者速度與光速可比拟，由此引起的動量不匹配會造成表面等離激元與電磁場耦合的效率降低；另外，通過對Purcell因子的計算發現自發輻射速率的增強僅在納米範圍内可以實現，因而指出該文的實驗結果和現有理論都不足以解釋石墨烯等離激元趨膚深度的異常現象。最後，他們建議原作者采用背散射的實驗方式以及時間分辨的熒光譜來直接研究石墨烯/氧化鋅界面的熒光增強行為。

該評論文章獲得PRL的三位審稿人的一緻認同，并接收發表，見PRL 107, 159701 (2011)。

研究工作得到國家自然科學基金項目和國家973項目的資助。